智能手機在《物聯網通信技術》課程教學中的應用＊

史艷翠，廖富麗，楊巨成，陳亞瑞，李建榮

（天津科技大學 計算機科學與信息工程學院，天津 300457）

智能手機在《物聯網通信技術》課程教學中的應用＊

史艷翠，廖富麗，楊巨成，陳亞瑞，李建榮

（天津科技大學 計算機科學與信息工程學院，天津 300457）

《物聯網通信技術》課程主要介紹物聯網中的傳感網和核心網以及這些網絡所涉及到的通信技術。隨著軟硬件的不斷發展，智能手機中有多種通信技術可以應用在多種網絡中。因此，為了提高學生的學習積極性，活躍課堂氣氛，簡要探討了智能手機在《物聯網通信技術》課程教學中的應用。

智能手機；物聯網；傳感器；移動通信網

1 背景闡述

物聯網是將分布在不同地點的物體通過通信技術互連，并隨時隨地以任意方式通過任意終端為用戶提供智能服務。物聯網將人與人之間的通信擴展為人與人、人與物以及物與物之間的通信[1]。《物聯網通信技術》課程主要介紹物聯網中涉及的通信技術，它是為物聯網工程專業的學生開設的一門專業必修課程[2]。學習這門課程，學生可以掌握物聯網涉及的網絡以及相應的通信技術。由于涉及的網絡比較多，而每種網絡又包括網絡拓撲結構、地址標識、傳輸速率和使用的頻段等內容，學生需要掌握的知識點多且容易混淆。

智能手機作為一種智能移動終端，為用戶提供了便利服務。用戶不僅可以使用手機進行基本的通信服務，還可以通過它隨時隨地上網、看視頻、打游戲、聽音樂、拍照和社交等[3]。然而，智能手機在為用戶帶來便利的同時，也帶來了一些弊端，比如低頭族。課堂上常見的現象是教師在講臺上講，學生則利用手機看視頻、打游戲、聽音樂，或與其他人聊天。因此，為了提高學生的學習積極性，一些教學人員將智能手機應用到了教學中。例如，范欽對智能手機與“互聯網+”課堂進行了研究。在該研究中，智能手機具有報名、信息提交、閱讀新聞、存儲教師講述的內容、與教師或同學實時溝通以及調節和放松等功能[4]。阮家泉對智能手機與“互聯網+課堂”在技工院校教學中的應用進行了探索，通過智能手機實現課前知識傳播、課上知識內化和課后測試評價[5]。俞躍等人以智能手機和QQ群為例，研究了移動互聯網環境下“混合式學習”方式，通過智能手機和QQ群完成教學設計、課前知識接納、課上知識吸收和課后知識的合并[6]。但這些研究主要是利用智能手機上的軟件進行線下學習或者實時交流，并沒有研究智能手機的硬件及其通信技術。

智能手機是物聯網中非常重要的設備之一。在硬件方面，智能手機上安裝了多種傳感器，支持多種通信技術，屬于多種網絡；在軟件方面，智能手機可以安裝各種APP，實現智能交通、智能生活、智能醫療等服務。

因此，本文以智能手機為例，將其與《物聯網通信技術》課程的內容結合起來，進行理論知識的介紹和互動操作，從而提高學生學習的積極性和對知識掌握的牢固性。

2 智能手機在課程教學中的應用

2.1 傳感器功能的體驗

在物聯網中，傳感器用來采集物理世界的信息。在日常生活中，我們可以接觸到很多傳感器，智能手機上就安裝了很多傳感器。但是，這些傳感器一般都嵌入在依附的主體上，所以，大多數人并不清楚每個傳感器的功能和用途。在課堂上，如果教師只向學生介紹理論知識，他們不僅覺得枯燥，還沒有直觀的認識。為了增強學生對傳感器的認知，在介紹傳感器的相關內容時，可先以智能手機為例，介紹各種傳感器的功能和用途；然后，教師和學生一起體驗智能手機上各種傳感器的功能。智能手機上安裝有光線傳感器、距離傳感器、重力傳感器、加速度傳感器、磁場傳感器、陀螺儀、指紋傳感器、霍爾傳感器和氣壓傳感器等，學生在體驗每種傳感器的過程中，不僅加深了對傳感器的認識，還理解了手機屏幕旋轉、屏幕自動背光的亮度、搖一搖（晃動手機實現一些功能）、地圖導航、重力感應類游戲等的原理。這樣做，學生會覺得新奇、有趣而且非常實用，不僅提高了他們學習的積極性，還活躍了課堂的氣氛。

2.2 藍牙通信技術的介紹

在物聯網中，短距離通信技術主要應用在傳感網中，用于傳輸傳感器節點采集的數據。《物聯網通信技術》課程中主要介紹了3種短距離通信技術，即藍牙、ZigBee（紫蜂）、UWB（超寬帶通信技術）。由于智能手機上安裝了藍牙通信模塊，因此，在介紹藍牙通信技術時，可以將智能手機看作一臺藍牙設備。對于藍牙通信技術這部分內容，需要學生掌握藍牙的特點、藍牙網絡的建立、藍牙的拓撲結構、藍牙地址、藍牙數據的傳輸等內容。

2.2.1 藍牙的傳輸距離

在學習過程中，讓每個學生都激活智能手機上的藍牙功能，每個藍牙設備會對應一個唯一的ID，然后，讓后排的同學逐排檢查是否能收到第一排同學的藍牙信號，從而對藍牙的傳輸距離有一定的認知。

2.2.2 藍牙網絡的建立

打開藍牙后，智能手機上會出現周圍可用設備的列表，讓每個學生隨意選擇列表中的3個設備連接，隨后出現配對信息，顯示設備的名稱和密碼，如果對方同意配對則完成連接。在學生操作的過程中，教師講解每一步的作用。學生在體驗藍牙網絡建立的同時，還可以體驗藍牙的安全模式。

2.2.3 藍牙的拓撲結構

藍牙的基本單元是微微網，它是由1個主單元和最多7個從單元組成的。為了讓學生體驗微微網的容量，讓置頂的某位學生分別嘗試連接7臺和8臺設備，看是否能連接成功，并根據連接結果分析原因。

2.2.4 藍牙地址

藍牙地址的長度是48位，在實際應用中的表示方式為：XX:XX:XX:XX:XX:XX，X是十六進制，可以是0～9的數字，也可以是A～F的字母。為了加深學生的記憶，讓每位學生將自己智能手機上的藍牙地址寫下來，分析廠商號和設備號，并以作業的形式上交。

2.2.5 藍牙數據的傳輸

藍牙既可以傳輸語音信息，也可以傳輸數據信息。在學習過程中，讓2個學生一組通過藍牙傳輸信息，傳輸的內容可以是圖片、視頻和音樂等。學生在體驗藍牙通信技術的過程中，不僅加深了對理論知識的理解，還掌握了一種在沒有Wi-Fi和移動流量的情況下傳輸數據的方法。

2.3 無線局域網通信技術的學習

無線局域網（WLAN）是有線計算機網絡的補充，具有成本低、搭建靈活等特點。在課堂上，教師先介紹無線局域網的特點、拓撲結構、使用的技術標準等知識點；然后，讓學生通過智能手機體驗無線局域網，學習與其相關的技術。

2.3.1 拓撲結構

無線局域網包括2類拓撲結構，即有中心的拓撲結構和無中心的拓撲結構。在有中心的拓撲結構中，終端之間無法直接通信，需要通過無線接入點（AP）完成2個終端之間的信息交互，以及終端和外網的交互，無線接入點（AP）可以是橋接器、無線路由器、熱點等。在無中心的拓撲結構中，沒有無線接入點，終端之間可以直接通信，但無法與外網交互。

在體驗有中心的拓撲結構時，教師先打開無線路由器，讓每位學生關閉移動流量，開啟手機上的WLAN功能，并連接到無線路由器，體驗任務包括：每個學生體驗網頁的瀏覽；2個學生一組體驗通過WLAN進行交互和文件傳輸。然后，教師關閉無線路由器，讓學生同樣體驗上述2項任務。在體驗無中心的拓撲結構時，教師關閉無線路由器，讓每位學生關閉移動流量，開啟手機上的WLAN直連功能，然后，讓學生體驗與有中心的拓撲結構時相同的2項任務。

根據體驗結果，讓學生分析原因，加深學生對有中心的拓撲結構和無中心的拓撲結構的認知，掌握它們之間的區別。

2.3.2 無線局域網信息

讓每位學生在智能手機“設置”菜單中查看使用的無線局域網的信息，包括使用的標準、傳輸速率、使用的頻段、加密技術等信息，并發到班級的微信群中交流。

2.3.3MAC地址

WLAN的MAC地址與藍牙地址格式一樣，讓每位學生將WLAN的MAC地址寫下來，并以作業的形式提交。

學生在體驗WLAN通信技術的過程中，不僅加深了對理論知識的理解，還掌握了一種在沒有無線接入點和移動流量的情況下傳輸數據的方法。

2.4 移動通信技術的學習

2.4.1 移動臺涉及的號碼

在移動通信網中，由于用戶的移動性，需要使用多種號碼對用戶進行識別、位置登記和管理，常用的號碼有移動臺號簿號碼、國際移動用戶標識號、國際移動臺設備標識號、移動臺漫游號碼和臨時移動用戶識別碼。這些號碼長短不同，用途不同，為了便于區分，可讓學生通過查看智能手機上的信息了解這些號碼。

2.4.1.1 移動臺號簿號碼

對于學生而言，他們最熟悉的號碼是移動臺號簿號碼，也就是用戶俗稱的手機號，很多人誤認為手機號是手機的識別碼。但是，該號碼是運營商為了便于管理、計費而分配給用戶的號碼。

2.4.1.2 國際移動用戶標識號

國際移動用戶標識號是寫入SIM卡中的、唯一識別用戶的國際通用號碼。通過該號碼，人們可以了解移動用戶屬于哪個國家、哪個移動運營商以及用戶的識別碼。

為了加深學生的理解，在學習過程中，可以讓每位學生查看自己智能手機上的SIM卡信息，找出國家碼、移動網號，并分析出該SIM卡屬于哪個國家、哪個運行商，以作業的形式上交。

2.4.1.3 國際移動臺設備標識號

國際移動臺設備標識號是唯一標識移動臺（比如智能手機）的號碼，可用于監控被竊或無效的移動設備。

為了讓學生加深理解，可以使用3種方法讓每位學生查看智能手機的國際移動臺設備標識號：①直接查看手機機身背面的標志；②在手機上輸入“*#06#”查看；③在手機“設置”菜單中找到手機信息查看。移動臺漫游號碼和臨時移動用戶識別碼分別對應移動臺號簿號碼和國際移動用戶標識號。由于這2種號碼是移動運營商臨時分配的，在智能手機上無法查看，因此，學生無法自己操作了解。

2.4.2 移動網絡類型

目前，常用的移動通信網絡有2G、3G和4G，在2G通信技術中，移動網絡的類型是GSM、CDMA等；在3G通信技術中，移動網絡的類型是UMTS、EVDO等；在4G通信技術中，移動網絡的類型是LTE。在讓每位學生體驗移動網絡時，首先讓他們查看使用的通信技術，然后在“網絡”菜單中查看使用的類型，并與周圍的同學互相交流使用的移動網絡類型，看看有哪些不同，分析原因。

2.4.3 拓撲結構

在移動通信中，主要使用的拓撲結構是星型結構，即每個移動臺都要連接到基站，通過基站轉發完成信息的傳遞。為了讓學生體驗移動通信的拓撲結構，教師特別設計了2種情況：①不做任何處理，讓2位學生一組進行撥號操作，查看智能手機是否能接通；②在教室里放置2個屏蔽器，重復上述操作，查看智能手機是否能接通，讓學生根據觀察的結果分析原因。

2.4.4 網絡融合

智能手機在通信時，有時還需要移動通信網和其他網絡協同完成任務。本文以飛信為例，讓學生體驗（開啟教室里的無線路由器）。

在具體操作時，先讓每位學生在智能手機上安裝飛信客戶端，然后，2人一組按照以下2種情況發送短信：①關閉移動流量，同一組的2位學生都開啟WLAN，使用手機上的飛信客戶端互相發送信息；②關閉移動流量，一位學生開啟WLAN、一位同學關閉WLAN，開啟WLAN的學生使用手機上的飛信客戶端以短信的形式向同組的同學發送信息。操作完成后，讓學生比較2次收到信息的不同，并分析2次操作中所涉及到的網絡。

3 結束語

隨著智能手機軟硬件的不斷完善，用戶不僅可以使用智能手機進行基本的通信，例如語音通信和短信，還可以通過移動流量或WLAN上網，使用藍牙或WLAN直連傳遞信息等。智能手機可以完成移動通信、WLAN通信和藍牙通信，這些通信技術都是《物聯網通信技術》課程中需要學生掌握的內容。為了調動學生的學習積極性，活躍課堂氣氛，本文以智能手機作為一種通信終端，讓學生體驗智能手機上涉及到的通信技術。學生在體驗的過程中，不僅可以了解通信技術，還可以掌握智能手機上很多實用的功能，從而提高其學習的主動性。

［1］孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網：概念，架構與關鍵技術研究綜述［J］.北京郵電大學學報，2010，33（3）：1-9.

［2］史艷翠，郝宇，楊巨成，等.探究式教學模式在《物聯網通信技術》課程中的應用［J］.科技與創新， 2017（1）：137-138.

［3］陳龍彪，李石堅，潘綱.智能手機：普適感知與應用［J］.計算機學報，2015，38（2）：423-437.

［4］范欽.智能手機與“互聯網+”課堂——信息技術與教學整合的新思維，新路徑［J］.湖南稅務高等專科學校學報，2016， 29（4）：57-59.

［5］阮家泉.智能手機與“互聯網+課堂”在技工院校教學的應用探索［J］.電腦知識與技術，2016，12（19）：114-115.

［6］俞躍，趙玉閣.移動互聯網環境下“混合式學習”方式研究——以智能手機和QQ群為例［J］.高等工程教育研究，2017（4）：187-191.

史艷翠（1982—），女，講師，博士，研究方向為推薦系統、上下文感知、用戶需求獲取。

〔編輯：白潔〕

G434

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.106

2095－6835（2017）23－0106－03

產教融合育人體制機制研究——基于物聯網工程專業產教融合實踐（重點課題，課題編號：HE1018）；天津市濱海新區開發開放與高等教育的互動研究——以物聯網工程專業教育為例（青年專項，課題編號：HEYP5014）